生物萬能－生質能
余淑娟
國立高雄師範大學工業科技教育研究所研究生
hjmysj@yahoo.com.tw
壹、前言
自從石油危機之後，各國努力研發替代能源，除了太陽能與風能之外，生質能的研發也倍受囑目。生質能發展初期，以糧食作物生產生質酒精與非糧食作物製作的生質柴油，稱為第一代原料，因為陷入「與糧爭地、與人爭糧」的困境，所以改用第二代非糧食原料或都市廢棄物製造酒精或柴油。但是第二代原料仍有原料不足及處理成本過高的問題，致使先進國家均積極開發第三代生質能原料-藻類。
本文先檢視目前的現況及最新的試驗，整理歸納出適合臺灣發展的方式，希望我國在生質能的發展可以急起直追，早日達到能源自主與永續能源發展的目標。
貳、生質能的定義
一、
生物質是指直接、間接來自植物，泛指由生物產生的有機物質，包括植物、動物、微生物、排泄物與代謝物。按原料的化學性質分為糖類、澱粉與木質纖維素物質。按原料的種類分為農業生產廢棄物、薪柴、農林加工廢棄物、人畜糞便和生活有機垃圾、工業有機廢棄物和有機廢水廢渣以及能源植物六類。
二、
能源作物是指能快速生長、易於栽培與採收、高單位面積產量、且容易轉化為發電燃料與運輸用燃料之植物。
三、
生質能是指太陽能以化學能形式蘊藏在生物質中的一種能量形式。
四、
生質柴油是指以動植物油或廢食用油脂，經轉化技術後所產生之酯類，可直接使用或混合市售柴油使用作為燃料者。
五、
生質能轉換能源示意圖（圖1）
資料來源：出自節能減碳教育網（2011）
六、 現今生質能在轉換上有四大方式：直接燃燒技術、物理轉換技術、熱轉換技術與化學／生物轉換技術。
參、生質能的優缺點與面臨的困境
一、生質能的優點
生質能的優點是不僅符合永續經營的理念，能將生質物資源化與能源化，兼具能源與環保雙重貢獻。同時，生質能的應用也具有經濟效益。
1. 生質能利用在轉換過程二氧化碳零排放。
2. 生質能是一種清潔的低碳燃料，燃燒時比燃煤產生較少的灰分，也是低硫燃料，減少酸雨及煙霧產生。
3. 生質能資源分布廣、產量大、轉化方式多樣。
4. 提供務農者進行多樣化能源作物生產，或利用農業廢料作為能源生產之機會，改善農村經濟。
5. 可再生性。
6. 可減少環境公害，如垃圾等。
7. 與其他新能源相較，技術難題較少。
8. 可以減緩石油的消耗，進而取代對石油的依賴。
二、利用生質能的缺點
1. 植物僅能將少量之太陽能轉化成生物質。
2. 單位土地面積之生質能密度偏低。
3. 生質能單位質量熱值較低，製造航空燃料的難度高。
4. 生產能量不及化石能量。
5. 在使用生產出的燃料時，依舊會製造溫室氣體。
6. 生物質之水分偏多（50-59％），影響轉化過程。
7. 易受環境限制，缺乏適合栽種植物的土地。
8. 土地資源有限。
9. 生物質的分布較分散，蒐集運輸和預處理的成本較高。
三、生質能面臨的困境
基於以上的缺點，常需要大量生產能源作物，這種密集耕種與連續作物，又造成一些問題。
1. 損耗天然資源，對生物多樣性及區域經濟造成衝擊。
2. 劣化土壤，造成水土侵蝕並導致沙漠化。
3. 衝擊食物鏈，使糧食價格提升，引發物價上漲。
肆、生質能的較佳方式
生質能的發展必需考慮原料的供應是否充足，並且與糧食作物區隔，才是永續發展之道。以下從三個向度切入，希望能為生質能找出新的捷徑。
一、向垃圾要能源
1. 廢食用油：是最具價格競爭力的生質柴油料源，而且解決廢食用油處理的問題。
2. 豬糞尿：經過發酵分解作用可產生沼氣，沼氣發電用氣電共生方式同時產生電力與熱能，可提高沼氣能源之利用效率。
3. 稻桿：可生產稻桿纖維酒精，並可解決農民過去焚燒或掩埋，所造成的空氣污染與阻塞渠道等問題。
4. 垃圾、廢棄物與廚餘：垃圾與廢棄物焚燒可發電，掩埋和堆肥可產生沼氣；廚餘能製造肥料。圖2是廢棄物氣化過程源示意圖
資料來源：綠色能源發展趨勢
二、廢棄土地利用
1. 廢休耕農地：可種植能源作物與廢棄物為燃料，兼具提高自產能源、強化能源供應安全與資源永續利用的多重效益。
2. 海埔新生地或鹽分地區：一般作物無法生長，可栽種一些耐旱或不怕鹽分的植物，來作為產出生質能的料源。
3. 沙漠地帶：也可栽種一些耐旱的植物，既可綠化沙漠、減緩地表沙漠化，並可創造就業機會。
三、特殊作物
1. 耐旱或不怕鹽分的植物：可種於惡劣環境，所需水分極少，容易栽種。
2. 甜高粱：優點為產量高、栽培容易、需水量低、生長期短、適於機械播種及採收，可生產生質酒精。
3. 麻瘋樹：植物界的蟑螂，在貧瘠的土地、沙漠、岩石堆、垃圾場都能生長，僅需少許的水分，能存活45年以上。可製造大量油脂，能源含量與棕櫚油類似，屬非食用油脂，是生質柴油的料源。
4. 微藻：是單細胞或絲狀體，直徑小於l 毫米的細小藻類，是最受重視的生質能料源。單位面積產油量是目前所有生質作物中最高的，並且每天都能採收。圖3是微藻採收萃取與生質柴油製備相關技術與方法。
資料來源：出自工業技術研究院（2011）
伍、結語
根據專家預測，高油價必定成為一種常態。化石燃料蘊藏量有限，終有用盡之時，再生能源的開發與應用勢在必行。臺灣的能源供應幾乎都要仰賴國外進口，只有利用再生能源才能永續能源發展，生質能符合永續經營的理念，並非僅以處理廢棄物為滿足，而是把生物質資源化與能源化，兼具能源與環保雙重貢獻。同時，生質能的應用也具經濟效益，極需要政府積極的推動，制訂明確的長期發展規畫與相關政策，再由民間業者投資經營，形成一完整的體系。不僅可妥善解決地方上廢棄物的問題，更能充分利用國內能源作物資源，轉換為可用的能源，提升國內發電容量，這對我國將有極大的助益，也為臺灣永續發展建立良好的基礎。
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